科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，樹(shù)木對(duì)野火煙霧有令人驚訝的反應(yīng)

當(dāng)空氣中彌漫著野火煙霧時(shí)，醫(yī)生敦促人們待在室內(nèi)以避免吸入有害顆粒和氣體。但是，無(wú)法從煙霧中逃脫的樹(shù)木和其他植物會(huì)發(fā)生什么？

事實(shí)證明，他們的反應(yīng)有點(diǎn)像我們：有些樹(shù)基本上關(guān)上了門(mén)窗，屏住了呼吸。

如大氣和化學(xué)科學(xué)家，我們研究野火煙霧和其他污染物的空氣質(zhì)量和生態(tài)影響。在一項(xiàng)完全偶然開(kāi)始的研究中，當(dāng)煙霧淹沒(méi)我們?cè)诳屏_拉多州的研究基地時(shí)，我們能夠實(shí)時(shí)觀看活著的松樹(shù)的葉子如何反應(yīng)。

植物如何呼吸

植物的葉子表面有孔，稱(chēng)為氣孔。這些毛孔很像我們的嘴巴，不同之處在于當(dāng)我們吸入氧氣和呼出二氧化碳時(shí)，植物吸入二氧化碳并呼出氧氣。

人類(lèi)和植物都會(huì)吸入周?chē)諝庵械钠渌瘜W(xué)物質(zhì)，并呼出內(nèi)部產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)——咖啡一些人的呼吸，一些樹(shù)木的松樹(shù)香味。

然而，與人類(lèi)不同的是，樹(shù)葉同時(shí)吸氣和呼氣，不斷吸收和釋放大氣氣體。

一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)的研究線(xiàn)索

在 1900 年代初期，科學(xué)家們研究了嚴(yán)重污染地區(qū)的樹(shù)木，發(fā)現(xiàn)那些長(zhǎng)期暴露在燃煤污染下的人有黑色顆粒堵塞葉孔植物通過(guò)它呼吸。他們懷疑這些顆粒中的物質(zhì)部分是由樹(shù)木產(chǎn)生的，但由于當(dāng)時(shí)缺乏可用的儀器，這些顆粒的化學(xué)性質(zhì)從未被探索過(guò)，對(duì)植物光合作用的影響也沒(méi)有被探索過(guò)。

大多數(shù)關(guān)于野火煙霧影響的現(xiàn)代研究都集中在農(nóng)作物上，以及結(jié)果一直相互矛盾.

例如，一項(xiàng)對(duì)加利福尼亞州多個(gè)農(nóng)作物和濕地地點(diǎn)的研究表明，煙霧以制造植物的方式散射光更高效在光合作用和生長(zhǎng)。然而，一項(xiàng)將植物暴露在人造煙霧中的實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，在煙霧暴露期間和之后，植物的生產(chǎn)力會(huì)下降——盡管這些植物幾個(gè)小時(shí)后確實(shí)恢復(fù)了.

還有其他線(xiàn)索表明，野火煙霧會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生負(fù)面影響。你甚至可能?chē)L過(guò)一種味道：當(dāng)葡萄暴露在煙霧中時(shí)，它們的葡萄酒可能會(huì)被污染.

是什么使煙霧有毒，甚至遠(yuǎn)離火源

當(dāng)野火煙霧長(zhǎng)距離傳播時(shí)，煙霧會(huì)在陽(yáng)光下烹飪并化學(xué)變化.

混合揮發(fā)性有機(jī)化合物、氮氧化物和陽(yáng)光會(huì)使地面臭氧，這可能導(dǎo)致人類(lèi)呼吸問(wèn)題.它還可以通過(guò)降解葉片表面、氧化植物組織和減慢光合作用來(lái)?yè)p害植物。

雖然科學(xué)家通常認(rèn)為城市地區(qū)是臭氧這種影響在順風(fēng)處生長(zhǎng)，野火煙霧是一種新出現(xiàn)的擔(dān)憂(yōu).其他化合物，包括氮氧化物，也可以對(duì)植物有害并減少光合作用。

綜上所述，研究表明野火煙霧與植物相互作用，但知之甚少。之所以缺乏研究，是因?yàn)檠芯繜熿F對(duì)野外活植物葉子的影響是困難的：野火很難預(yù)測(cè)，而且在煙霧繚繞的條件下可能是不安全的。

意外研究——在野火中

我們并沒(méi)有著手研究植物對(duì)野火煙霧的反應(yīng)。取而代之的是，我們?cè)噲D了解植物如何釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物——這些化學(xué)物質(zhì)使森林聞起來(lái)像森林，但也影響空氣質(zhì)量，甚至?xí)淖冊(cè)茖?/a>.

秋天2020年是一個(gè)糟糕的季節(jié)美國(guó)西部的野火，濃煙從我們?cè)诳屏_拉多州落基山脈工作的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)冒出。

在濃煙的第一天早上，我們做了通常的測(cè)試，以測(cè)量黃松的葉片水平光合作用。我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這棵樹(shù)的毛孔完全閉合，光合作用幾乎為零。

我們還測(cè)量了葉子通常揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放量，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)非常低。這意味著樹(shù)葉沒(méi)有“呼吸”他們沒(méi)有吸入生長(zhǎng)所需的二氧化碳，也沒(méi)有呼出他們通常釋放的化學(xué)物質(zhì)。

有了這些意想不到的結(jié)果，我們決定嘗試強(qiáng)迫光合作用，看看我們是否可以將葉子“去纖維化”到其正常節(jié)奏。通過(guò)改變?nèi)~子的溫度和濕度，我們清理了葉子的“氣道”，看到了光合作用的突然改善和揮發(fā)性有機(jī)化合物的爆發(fā)。

我們幾個(gè)月的數(shù)據(jù)告訴我們的是，一些植物對(duì)猛烈的野火煙霧有反應(yīng)通過(guò)關(guān)閉他們的交易所與外部空氣有關(guān)。他們實(shí)際上屏住了呼吸，但在他們暴露在煙霧中之前還沒(méi)有。

我們假設(shè)了一些可能導(dǎo)致葉子閉合毛孔的過(guò)程：煙霧顆?？赡軙?huì)覆蓋在葉子上，形成一層阻止毛孔張開(kāi)的層。煙霧也可能進(jìn)入葉子并堵塞它們的毛孔，使它們保持粘稠?；蛘?，葉子可以對(duì)煙霧的最初跡象做出物理反應(yīng)，并在它們受到最嚴(yán)重的影響之前關(guān)閉毛孔。

這可能是這些反應(yīng)和其他反應(yīng)的結(jié)合。

長(zhǎng)期影響仍是未知數(shù)

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，野火煙霧的影響究竟會(huì)持續(xù)多久，以及反復(fù)的煙霧事件將如何影響植物（包括樹(shù)木和農(nóng)作物），目前尚無(wú)定論。

由于以下原因，野火的嚴(yán)重程度和頻率都在增加氣候變化,森林管理政策和人行為，更好地了解影響非常重要。

Delphine Farmer（德?tīng)柗妻r(nóng)夫），化學(xué)教授，科羅拉多州立大學(xué)和MJ 財(cái)富，環(huán)境與大氣科學(xué)博士后研究員，科羅拉多州立大學(xué)

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